CN106170451A

CN106170451A - 使用输送带的称重系统

Info

Publication number: CN106170451A
Application number: CN201580019411.8A
Authority: CN
Inventors: 拉兹罗·克莱克则夫斯基
Original assignee: Laitram LLC
Current assignee: Laitram LLC
Priority date: 2014-04-15
Filing date: 2015-03-19
Publication date: 2016-11-30
Anticipated expiration: 2035-03-19
Also published as: US10094699B2; BR112016023845A2; WO2015160469A1; ES2874553T3; DK3131840T3; KR20160144443A; EP3131840A1; EP3131840B1; US20170038244A1; US9476757B2; JP2017517721A; CN106170451B; EP3131840A4; US20150292935A1; JP6542256B2

Abstract

在此披露了一种输送带和一种用于对输送带上输送的物品进行称重的称重系统。该带包括被嵌入该带中以测量垂直于该带的输送表面的力的力感测元件阵列。这些力感测元件形成多个无源谐振电路的一部分，这些无源谐振电路各自包括电容器和电感线圈。该电容器或电感线圈可以是力敏元件。在该带外部的多个测量电路包括振荡器，该振荡器具有在该带贴近经过时电感地耦合该带中的谐振电路的线圈。在力敏元件处施加至该带的力改变其谐振电路的谐振频率，还改变该振荡器的频率。这些测量电路中的频率检测器测量此频率变化并且将其转换成用于计算所输送物品的重量的成比例的力值。

Description

使用输送带的称重系统

背景技术

本发明总体上涉及动力驱动输送机，并且更具体地涉及具有嵌入在输送带中的力敏元件以对运行中的输送物品进行称重的输送机系统。

在一些应用中，多个单独物品在输送带上传送时必须分开称重。常规输送带系统首先使这些输送物品单一化，以使得这些输送物品可以在该带跨过的称重站处依次称重。必须将多个单一化输送机区段插入到称重站上游的输送机中，以迫使这些物品成为单行(file)。向输送机系统添加单一化区段增加了输送机布局的长度并且减小了输送表面的可用宽度。于2000年9月14日公开的日本专利申请公开号2000-249591 A描述了单行地安装在链的顶上的载荷检测单元中的载荷传感器。而且，于2013年2月28日公开的国际申请公开号WO 2013/028378 A2中描述了具有沿其长度和宽度分布的多个载荷传感器的输送带。但是这两个系统都要求电源和发射器位于带或链之上或之中，以对这些载荷传感器和相关联的电子器件供电。

发明内容

体现了本发明的多个特征的一种形式的输送带包括具有上表面的带本体以及在该带本体中被布置在单独位置的多个无源谐振电路。这些无源谐振电路中的每一个具有谐振频率并且包括力敏元件。该力敏元件随施加至该力敏元件的力的变化而改变该无源谐振电路的谐振频率。

在本发明的另一个方面，体现本发明的多个特征的一种称重系统包括一条输送带和位于该输送带的底侧附近的多个测量电路。该输送带包括被布置在该输送带上的单独位置的多个无源谐振电路。这些无源谐振电路中的每一个具有谐振频率并且包括力敏元件，该力敏元件随由该输送带的顶侧上的多个输送物品施加至该力敏元件上的力的变化而改变该无源谐振电路的谐振频率。这些测量电路各自包括振荡器，该振荡器以标称频率振荡。每个测量电路中的电感线圈在该输送带经过时将该振荡器电感地耦合至这些无源谐振电路中接近该电感线圈的一个无源谐振电路。该无源谐振电路的谐振频率的变化随由该输送带的顶侧上的输送物品施加至该力敏元件上的力的变化而使该振荡器的频率从其标称频率改变。

附图简要说明

本发明的这些特征和方面以及其优点在以下说明、所附权利要求书以及附图中予以更详细的描述，在附图中：

图1是体现本发明的多个特征的输送带的一部分的透视图；

图2是使用如图1中的输送带的输送机系统的等距视图；

图3是图2的输送机系统的一部分的局部剖开的平面俯视图；

图4是图3的沿着线4-4截取的输送机系统的截面，并且示出了电容式力敏元件；

图5是图4的带部分的视图，其中施加向下的力以使电容器变形；

图6是可用于图2的输送机系统中的分布式载荷传感器系统的框图；

图7是如图6中的载荷传感器系统的电气原理图/框图；

图8是图2的输送机系统的俯视示意图；

图9A和图9B是如图3中的输送机系统中的带部分的截面，示出了在该带上不存在和存在向下作用力的情况下的另一形式的电容式力敏元件；

图10A和图10B是如图3中的输送机系统中的带部分的截面，示出了在该带上不存在和存在向下作用力的情况下的电感式力敏线圈；并且

图11是如图10B中的截面，其中在向下作用力作用在带上时该线圈的芯部改变该线圈的电感。

具体实施方式

图1中示出了体现本发明的多个特征的一种形式的输送带的一部分。输送带10是由一系列的具有一个或多个塑料带模块14的行12构成的模块化塑料输送带，这些塑料带模块通过铰接杆16或销在交错的铰链元件17中端对端铰接式连接，从而在相继的行之间形成铰接接头18。这些带模块14通常是由诸如聚丙烯、聚乙烯、乙缩醛或复合聚合物的热塑性聚合物注塑模制的。将多个力敏元件20在单独位置嵌入输送带10中。在种形式中，以横跨每个带行12的宽度的行R和在输送方向22上沿该带的长度的列C构成的二维阵列来安排这些力敏元件。以这种方式，可以将任何单独的力敏元件20的位置限定为P_RC，其中R表示行(或带行，如果每个带行仅具有一行力敏元件)，并且C表示从带的一侧到另一侧的列。对于给定的带，该阵列的密度或力敏元件的行和列之间的间隔可以利用对所输送物品的尺寸和形状的先验知识来确定。在这种形式中，每个力敏元件20被安装在带10的外部输送表面24处。这些力敏元件可以由盖26保护，该盖可以是圆顶形的，以形成略高于该带的输送表面24的凸起的凸出部，使得所输送物品的整个重量由一组盖承担。这些力敏元件具有垂直或法向于输送表面24的感测轴线28，以测量在该带上的这些力敏元件的位置处法向于输送表面施加的力。

在图2中，在称重系统30中示出输送带10。该输送带在输送方向22上沿着上部运送路径32前进。环形带围绕安装在多个轴36上的驱动和空转链轮组34、35呈串(trained)，这些轴的末端被支撑在轴承座38中。联接至驱动轴的驱动电机40使这些驱动链轮34旋转，这些驱动链轮接合该带的下侧并且在输送方向22上沿着上部运送路径32驱动该带。该带沿着下部返回路径42返回。多个滚轮44在该返回路径中支撑该带并且减少最大悬链线下垂。

如图3所示，沿着多个耐磨条50顶上的运送路径支撑输送带10。用于这些力敏元件20的激活电路52被容纳在多个壳体54中，这些壳体的顶表面处于或略低于耐磨条50的顶部的水平高度。这些激活电路52被安排在与输送带10中的力敏元件20的列C相对齐的列中。

图4中示出了一个带行的截面。电容器56被嵌入在塑料带模块55中，该电容器具有上板58和下板59。这两个板被示出为彼此平行并且在该带的顶上不存在物品的情况下平行于该带的顶部输送表面24。这些板被电连接到电感线圈60的相反两端，该电感线圈缠绕该带的底侧25附近的线轴62。该电容器跨电感线圈60的两端电连接，以形成无源高Q谐振电路61。外部激活电路52包括振荡器和激活线圈64，该激活线圈被电感地连接至经过的带线圈60。这两个线圈定位成足够靠近以将该激活线圈电感地耦合至该带中的无源谐振电路。激活线圈60经连接以支持壳体54中的多个电子器件66。

如图5所示，例如由位于盖26顶上的所输送物品的重量产生的向下力F致使电容器56的上板58向下偏转或移动。偏转后的上板58和刚性固定下板59之间的间隔S的减小致使电容成正比地增加，因为电容与这些板之间的距离成反比。而且由于该上板的移动与所施加的力F成正比，该电容与由所支撑的物品施加至盖26的力成正比。因此，在图5的示例中，电容器56是力敏元件。电容的任何变化致使由电感线圈60和电容器56形成的无源L-C电路的谐振频率变化。该带中的谐振电路61和外部电路66中的振荡器一起形成具有位于该带中的感测电路部分和位于该带外部的测量电路部分的分布式载荷传感器。

图9A和9B中示出了另一形式的力敏电容器。在这种形式中，电容器112的板110、111，即由这些板限定的平面，总体上垂直于输送带的顶表面24。第一板110可竖直移动，而第二板111被刚性地固定在位。当没有向下力作用在凸出部26上时，如图9A所示，这两个板110、111在竖直方向上彼此偏置。当由所输送物品的重量施加向下力F时，如图9B所示，可移动板110向下移动114，从而增加这两个板之间的面积，并且按比例增加电容并降低该L-C电路的谐振频率。当然，可替代地，这两个板可以在不存在力的情况下平行定位而没有竖直偏置。在这样的设计中，向下力将推动一个板相对于另一个板下降以增大偏置，减小这些板之间的面积，减小电容，并且增加该L-C电路的谐振频率。与图4中的电容器56类似，图9A和9B的电容器112跨电感线圈60连接。

图10A和10B示出了另一形式的力敏谐振电路。在这种形式中，电感线圈是力敏元件。线圈120被电连接到固定电容电容器122，以形成无源谐振L-C电路。当将向下力F施加至凸出部26时，线圈120'像弹簧一样被压缩，如图10B所示。该线圈的减小的长度增加了线圈120'的电感，并且降低了该L-C电路的谐振频率。使该线圈的截面增大的向下力也将增加线圈120的电感。实际上，该线圈的几何形状的由力引起的其他变化可以影响该线圈的电感和无源L-C电路的谐振频率。

图11示出了替代的力敏线圈124。该线圈的几何形状是固定的，但是凸出部26上的向下力F推动具有高磁导率的金属芯部126向下更深入线圈124中。该芯部的增加的穿入深度增加了线圈124的磁导率和电感，并且降低了由该线圈和固定电容器130形成的L-C电路的谐振频率。可替代地，可以通过移动导电环以使其更接近或者环绕该线圈的更多绕组或者移动导电板使其更靠近线圈或两者来使电感增大。当然，可以相对于该线圈来安排芯部、板或环，以在该输送带上的使芯部的穿入减小或使该板或环与该线圈的距离增大的力的影响下，减小电感并且增加谐振频率。

图6示出了一种称重系统的一个载荷传感器的框图。该载荷传感器包括在带中形成感测电路的无源谐振电路61以及在外部壳体中包括激活线圈的振荡器68。该输送带中的感测电路可以由嵌入在该带中的多个离散电气部件制成，或者可以使用微机电系统(MEMS)技术将该感测电路制造得更小。该振荡器被设定为以接近于该带中的谐振电路61的谐振频率的频率振荡。当该谐振电路在激活线圈附近时，该线圈(用作天线)将谐振电路61电感地耦合至振荡器68。谐振电路61与振荡器68的相互作用根据该谐振电路的电容变化而改变振荡器频率。振荡器68的频率由频率检测器70测量。形成该分布式载荷传感器的测量电路的振荡器和频率检测器70由电源72供电。该振荡器的频率变化与电容器56上的向下力成正比。该频率检测器的输出被转换成重量并且被本地地或远程地记录在数据记录器74中。

图7中示出了更详细的电路图。无源谐振电路61包括电容器56和线圈60，该电容器的电容随所施加的力而变化。线圈60是具有电感L₁的电感器，并且电容器56具有随所施加的力的变化而变化的电容C₁。该线圈还具有小的串联电阻。在该带中不需要电源。谐振频率(以赫兹为单位)由f_r＝1/[2π(L₁C₁)^1/2]给定。外部振荡器68包括具有电感L₂和图7中未示出的小电阻的激活线圈64。与具有可变电容的微调电容器77并联的具有固定电容的电容器75连接在激活线圈的一端64与接地之间。固定和可变电容器75、77的组合电容是C₂。线圈64的另一端连接到运算放大器(op amp)94的非反相输入端(+)。线圈64和这些电容器76、78的接合点被连接到运算放大器94的反相输入端(-)。通过将运算放大器94的输出96连接到其非反相输入端(+)来施加正反馈，以保持以由f_n＝1/[2π(L₂C₂)^1/2]给出的标称频率振荡。微调电容器77经调节以将振荡器标称频率(即该振荡器在与该带中的谐振电路61解除耦合时的频率)设定至接近谐振电路61的谐振频率f_r的值。

运算放大器94单端式运行，其上电压轨处于正电压V(例如，+5Vdc)并且其下电压轨接地。在用作具有高输入阻抗的缓冲放大器的射极跟随器运算放大器100电路中缓冲由振荡器68产生的正偏压正弦波形98，以便不对该振荡器电路加载。经缓冲的振荡器信号被施加至频率计数器。可以用模拟和数字逻辑电路或用微控制器来实现该频率计数器。

在图7中，由微控制器71实现该频率检测器。经缓冲的振荡器波形被施加到该微控制器的模拟比较器的负输入端AIN1。正输入端AIN0被连接到形成电源电压V的可调分压器的电位计102的游标臂。每当比较器负输入端AIN1处的振荡器波形的幅值超过由该电位器设定的比较器正输入端AIN0处的阈值电压时，该微控制器中就产生中断。由固件例程服务所述中断，该固件例程使对该振荡器波形的周期数计数的计数器增加增量。预定时间间隔中的总周期计数与振荡器频率成正比。在下一间隔开始时周期计数被重置为零。因此，在该示例中，频率检测器被实现为频率计数器。但是可以使用其他检测频率的方法。例如，该微控制器可以是能够对振荡器波形执行快速傅里叶变换(FFT)或快速哈特利变换(FHT)算法以提取其频率的数字信号处理(DSP)装置。在这种情况下，该频率检测器被实现为频谱分析仪。

当该带中的谐振电路61远离振荡器68时，振荡器的标称频率f_n不受该谐振电路的影响。当该带前进并且谐振电路61接近振荡器68时，这两个电路之间的相互作用增加。振荡器的频率从其标称频率f_n变化。该频率检测器检测频率的变化。当如上所述在微控制器中将频率检测器实现为频率计数器时，预定间隔中的周期计数是作用在该带中的电容器56上的力的度量。由于频率也是随带线圈60至振荡器线圈64的接近度的变化而变化，微控制器例程报告频率从标称值的最大变化作为施加至带电容器56的力的最佳度量。该微控制器将该周期计数转换成重量值。微控制器71可以被连接到包括输出显示器104和手动输入设备(例如键盘106)的用户接口。还可以将微控制器71连同其他激活单元中的微控制器直接或无线地连接到主控制器108。

如图1中的视觉系统包括支撑在运送路径32上方的相机76或其他光学检测器，以观察输送表面的一部分。来自相机的光学信号107被发送到主控制器108。该主控制器执行图案识别过程以根据这些光学信号确定该带上输送的多个单独物品的足迹。通过相对于该带上的点(例如带模块拐角78)的载荷传感器阵列几何形状的先验知识，该视觉系统可以相对地确定单独物品的足记下方的一组载荷传感器。例如，在如图8所示，在输送表面24的所述部分中，物品B覆在覆盖两列C和五行R的十个载荷传感器的上面。例如，视觉系统可以使用一些或所有带行上的可光学检测的标记80来绝对地标识物品B覆盖哪十个载荷传感器。在该示例中，该视觉系统读取标记，该标记可以被编码或仅仅是指示其位于该带的行10上的数字10。通过阵列几何形状的先验知识和物品B相对于行10的足记，该视觉系统可以标识该物品下方的这十个电容器。该视觉系统然后可以执行称重过程81，该称重过程组合在绝对位置P_RC＝{(R，C)}＝{(11，2)；(11，3)；(12，2)；(12，3)；(13，2)；(13，3)；(14，2)；(14，3)；(15，2)；(15，3)}处的这些电容器的测量值来计算物品B的重量。这些载荷传感器测量值可以例如通过对这些单独的载荷传感器的测量值求和来组合，以计算与下面的物品的重量相等或成正比的值。每个物品都标记有该视觉系统中的读取器可以解释的标识记号82，诸如条形码。以这种方式，所计算的重量可以与特定的单独物品相关联。而且，由于该视觉系统观察该带的整个宽度，这些物品不必被单行地安排在运行路径中的静态称重站上。此外，该带中的谐振电路阵列允许在不停止带的情况下测量重量。可以使用该视觉系统的视频显示器来监测系统操作状况和设定或者多个单独物品的重量。控制器108可以是可编程逻辑控制器、膝上型计算机、台式计算机或能够执行所描述的过程的任何适当的计算机设备。

该视觉系统可以使用其他手段来将重量指定给多个单独物品。例如，可以在输送表面24或载荷传感器盖26上标记这些电容器中每一个的位置。所述标记可以明确地标识每个载荷传感器，或者可以仅是一般位置标记，例如这些电容器的每一个或预定子集上的点88(图1)。如果标记了所有电容器位置，则该视觉系统将不需要阵列布局的先验知识。作为另一示例，可替代地，该视觉系统可以选择在关于物品足记的放大区域90(图8)中的所有电容器，并且对它们的测量值求和。不在物品D下方的电容器将产生为零的测量值，这将不增加重量。这确保了整个物品被正确地称重。当然，如果另一个物品临近，则必须仔细地选择放大区域，以便不包含附近的物品。

如果这些物品是足够分开的，使得没有两个物品位于相同或相邻电容器的顶上，则可以通过对连续的读取非零的载荷传感器的载荷传感器的测量值求和来确定每个物品的重量。

尽管已经参考一些示例性形式来详细描述了本称重系统，但是还可以有其他形式。例如，该输送带不需要是模块化塑料输送带。例如，该输送带可以是平带或板条输送机。作为另一个示例，该视觉系统可以使用除了所描述的之外的视觉算法和位于该带上的可检测标记来标识多个单独物品和它们下面的载荷传感器。这样，如这几个实例提议的，权利要求的范围不意味着限于示例性形式的这些细节。

Claims

1.一种输送带，包括：

带本体，该带本体具有上表面；

多个无源谐振电路，该多个无源谐振电路被布置在该带本体中的多个单独位置处，这些无源谐振电路中的每一个具有谐振频率并且包括：

力敏元件，该力敏元件随施加至该力敏元件的力的变化而改变该无源谐振电路的该谐振频率。

2.如权利要求1所述的输送带，其中这些无源谐振电路中的每一个包括：

电容器；和

电感线圈，该电感线圈被电连接至该电容器；

其中该电感线圈和该电容器之一是该力敏元件。

3.如权利要求2所述的输送带，其中该力敏元件是具有随所施加的力的变化而变化的电容的电容器，其中电容的变化改变该无源谐振电路的该谐振频率。

4.如权利要求3所述的输送带，其中该电容器具有第一板和第二板，当未将力施加至该第一板时该第一板和该第二板分开一个标称距离，并且其中当将力施加至该第一板时该第一板和该第二板分开一个更小的第二距离。

5.如权利要求3所述的输送带，其中该电容器具有上板和下板，并且其中该电容器上的向下力使该上板朝向该下板向下移动。

6.如权利要求3所述的输送带，其中该电容器具有上板和下板，该上板和下板都平行于该带本体的上表面。

7.如权利要求3所述的输送带，其中该电容器具有第一板和平行的第二板，当未将力施加至该第一板时在该第一板和该第二板之间限定一个面积，并且其中当将力施加至该第一板时该第一板相对于该第二板移位以改变在该第一和第二板之间的面积。

8.如权利要求3所述的输送带，其中该电容器具有第一板和平行的第二板，该第一板和第二板都垂直于该带本体的该上表面。

9.如权利要求3所述的输送带，其中该电容器具有固定的第一板和可移动的第二板，当将力施加至该电容器时该第二板相对于该第一板移动。

10.如权利要求2所述的输送带，其中该力敏元件是具有随所施加的力的变化而变化的电感的电感线圈，其中电感的变化改变该无源谐振电路的该谐振频率。

11.如权利要求10所述的输送带，其中施加至该电感线圈的力改变该电感线圈的长度、形状、或截面积中的至少一者，以改变该电感线圈的电感。

12.如权利要求10所述的输送带，其中该电感线圈包括磁性芯部，该磁性芯部是可移动的，使得施加至该电感线圈的力改变该磁性芯部穿入该电感线圈的深度和该电感线圈的电感。

13.如任一前述权利要求所述的输送带，进一步包括位于该带本体的上表面上在这些单独位置中的每一者处的凸起的凸出部，其中被支撑在这些凸起的凸出部的顶上的所输送物品的重量通过这些凸起的凸出部和该带本体传递至该力敏元件。

14.一种称重系统，包括：

输送带，该输送带包括：

顶侧和相反的底侧；

多个无源谐振电路，该多个无源谐振电路被布置在该输送带上的多个单独位置处，这些无源谐振电路中的每一个具有谐振频率并且包括：

力敏元件，该力敏元件被电连接至电感线圈并且随由该顶表面上的多个所输送物品施加至该力敏元件的力的变化而改变该无源谐振电路的该谐振频率；

多个测量电路，该多个测量电路被布置在该输送带的该底侧附近，这些测量电路中的每一个包括：

振荡器，该振荡器以标称频率振荡并且具有第一电感线圈，在该输送带经过时该第一电感线圈将该振荡器电感地耦合至这些无源谐振电路中接近该第一电感线圈的一个无源谐振电路；

其中该无源谐振电路的该谐振频率的变化随由该输送带的顶侧上的所输送物品施加至该力敏元件上的力的变化而使该振荡器的频率从其标称频率改变。

15.如权利要求14所述的称重系统，其中这些无源谐振电路中的每一个包括：

电容器；和

第二电感线圈，该第二电感线圈被电连接至该电容器；

其中该第二电感线圈和该电容器之一是该力敏元件。

16.如权利要求14所述的称重系统，其中该多个测量电路中的每一个包括频率检测器，该频率检测器确定该振荡器的频率并且将所确定的频率转换成重量测量值。

17.如权利要求16所述的称重系统，其中该频率检测器是频率计数器。

18.如权利要求16所述的称重系统，其中该频率检测器是频谱分析仪。

19.如权利要求14所述的称重系统，其中该力敏元件是电容器，该电容器具有随所施加的力的变化而变化的电容以改变该无源谐振电路的该谐振频率。

20.如权利要求19所述的称重系统，其中该电容器具有固定板和可移动板，该可移动板随所施加的力的变化而相对于该第一板移动以改变该电容器的电容。

21.如权利要求14所述的称重系统，其中该力敏元件是电感器，该电感器具有随所施加的力的变化而变化的电感以改变该无源谐振电路的该谐振频率。

22.如权利要求21所述的称重系统，其中施加至该电感器的力改变该电感器的长度、形状、或截面积中的至少一者，以改变该电感器的电感。

23.如权利要求14-22中任一项所述的称重系统，其中这些无源谐振电路被成列地安排，这些列沿该输送带的长度延伸，并且其中这些测量电路被成行且成列地安排在该输送带下方。

24.如权利要求14-22中任一项所述的称重系统，其中该多个无源谐振电路具有第二电感线圈，并且其中这些第二电感线圈是在该带的该底侧附近并且这些第一电感线圈是在该带的该底侧附近，以改进该电感耦合。

25.如权利要求14-22中任一项所述的称重系统，其中该输送带进一步包括位于该输送带的顶侧上在这些单独位置中的每一者处的凸起的凸出部，其中被支撑在这些凸起的凸出部的顶上的所输送物品的重量通过这些凸起的凸出部和该输送带传递至该力敏元件。